USB设备在光谱仪中的应用研究

　　1　引　　言

　　在现代光谱仪中微机已成为必不可少的一部分,通常采用ISA总线或串口实现仪器与计算机之间的数据交换及控制,由于受计算机插槽、串口数量和地址、中断资源的限制,在仪器的使用过程中经常遇到各种各样的问题。目前微软的PC98推荐新设计中使用USB来代替RS-232串口,PC99已不再支持ISA规范。使得改造原有的接口势在必行,通用串行总线USB的出现很好地解决了上述的问题。

　　2　通用串行总线(USB)

　　1994年Intel、Microsoft等七家公司推出了USB(Universal Serial Bus,通用串行总线)总线协议,专用于低、中速的计算机外设,目前USB接口已成为微机主板的标准接口。USB特点主要有:USB为所有的USB外设提供了单一的、易于操作的标准的连接类型;USB减少了硬件的复杂性和对端口的占用,整个USB系统只有一个端口和一个中断,节省了系统资源;USB支持热插拔(hot plug);USB在设备供电方面提供了灵活性,可以通过USB电缆供电,也可以通过电池或者其它的电力设备来供电,并且支持节约能源的挂机和唤醒模式;USB1.0提供全速12Mbps的速率和低速1.5Mbps的速率来适应各种不同类型的外设,USB2.0提供高速480Mbps的速率;针对不能处理突然发生的非连续传送的设备,如音频和视频设备,USB可以保证其固定带宽;USB使得多个外围设备可以跟主机通信。让用户使用更方便,提供实时的数据给PC,灵活的端口扩展性是USB的主要目的。

　　USB规范中将USB分为五个部分:控制器、控制器驱动程序、USB芯片驱动程序、USB设备以及针对不同USB设备的客户驱动程序。USB组成的系统拓扑结构如图1所示。

　　USB协议支持四种传输类型:控制、中断、块和同步。每种外设都应支持控制传输以发送与设备能力和配置有关的请求和数据,每个设备必须在终端0的默认流程中支持控制传输。中断传输对于在规定的时间里传输一个中等数量的数据很有用,支持如鼠标、键盘等HID类设备。块传输支持对传输时间要求不严格的数据传输,如打印机、扫描仪、移动硬盘的设备。同步传输提供可靠的总线访问和恒定的数据率,但只有全速设备可以使用同步传输,一般用于如USB音箱类设备。

　　USB通过一根四线电缆来传输信号和供电:VBUS、D+、D-和GND。数据以12MbS的全速率或1.5MbS的低速率在D+和D-线上被差分驱动。四线电缆引脚如图2所示。

　　3　USB设备驱动程序

　　与传统的PC总线(如PCI总线)设备的驱动程序相比,USB设备驱动程序从不直接同硬件对话,它仅靠创建URB(USB请求块)并把URB提交到总线驱动程序就可以完成硬件操作,且它应该是WDM类型的。USB的WDM接口框图如图3所示。